Бионическая кисть руки - RU192179U1

Чертежи

Описание

Настоящая полезная модель относится к области робототехники, а именно к бионике. Предлагаемая бионическая кисть руки предназначена для установки на манипуляторах робототехнических комплексов, с целью облегчения работы и увеличения функциональности,для обеспечения возможности захвата и совершения манипуляционных действий с объектами окружающей среды.

Из существующего уровня техники (патент РФ на полезную модель № 160806, МПКA61F 2/54, опубл. 10.06.2016,бюл. № 16),известен протез кисти руки, который включает механическую кисть, содержащую ладонь, искусственные пальцы, образованные шарнирно соединенными фалангами с каналами, через которые протянуты тросы, концы которых закреплены на верхних фалангах, и каналами, через которые протянуты резинки, пережатые винтами в каждой фаланге, четыре пальца объединеныпопарно посредством системы тросов и двух шкивов, объединенных посредством тросов и третьего шкива, который объединен с большим пальцем посредством тросов и четвертого шкива, соединенного посредством троса с узлом натяжения тросов, в основании большого пальца выполнен выступ, на который установлено основание большого пальца с зубчиками, зафиксированными на выступе посредством пружины и кнопки, расположенными в полости кисти напротив основания большого пальца.

Недостатками известного устройства являются: 1) применение резинок в каналах фаланг пальцев для реализации механизма раскрытия кисти снижает надежность эксплуатации протеза из-за возможной утраты резинками первоначальной целостности и свойств упругости с течением времени, либо под воздействием внешних факторов, таких, как температура окружающего воздуха; 3) отсутствие возможности выполнения видов схвата, при которых пальцы протеза управляются и сгибаются независимо друг от друга, например, схвата для управления компьютерной мышью.

Технической задачей полезной модели является расширение перечня известных устройств в данной области путем усовершенствования конструкции, а так же повышение удобства пользования, а именно возможность удержания предметов сложной формы и различной прочности, возможность обеспечения манипуляционной свободы близкой к человеческой кисти руки.

Поставленная задача решается в бионическойкистируки,включающей кисть руки, содержащую ладонь, искусственные пальцы, образованные шарнирно соединенными фалангами с каналами, через которые протянуты тросы, концы которых закреплены на фалангах.

Отличием от прототипа является то, что бионическая кисть руки включает предплечье с возможностью крепления его к руке манипулятора. На предплечье установлены электроприводы с приводными барабанами, передающими крутящий момент на каждую фалангу пальцев соответственно, причем первые фаланги пальцев шарнирно закреплены на основании ладони с помощью поворотных оснований, при этом система управления бионической кистью руки выполнена в виде микропроцессорной системы и включает в себя микроконтроллер управления бионической кистью руки и соединенные с ним управляющие драйверы электроприводов систем сгибания пяти пальцев, датчики угла сгибания пяти пальцев, радиоприемник и радиопередатчик, устройство электропитания.

Пальцы бионической кисти руки содержат по три фаланги, шарнирно соединенные между собой и шарнирно соединенные с поворотным основанием, которое в свою очередь шарнирно соединено с ладонью.

Система сгибания первого-пятого пальцев приводится в действие приводными тросами, проходящими через гибкие армированные кожухи для возможности их натяжения.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является применение данного устройства в качестве захватного устройства в различных манипуляторах робототехнических комплексов, обеспечивая тем самым широкий спектр выполняемых задач, требующих функциональность и манипуляционные способности человеческой кисти.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено следующее.

Фиг. 1 - общий вид бионической кисти руки.

Фиг. 2 - структурная схема системы управления бионической кистью руки.

Фиг.3 – фотография конструкции, вид сверху.

Фиг.4 -фотография конструкции, вид снизу.

Предлагаемая полезная модель (Фиг. 1) содержит кисть руки 1, содержащую ладонь 2,искусственные пальцы, образованные шарнирно соединенными фалангами 3,4,5 с каналами, через которые протянуты тросы 6, концы которых закреплены на фалангах.

Бионическая кисть руки также включает предплечье 7, которое может крепиться к руке манипулятора. На предплечье 7 установлены электроприводы 8 с приводными барабанами 9, передающими крутящий момент на каждую фалангу пальцев соответственно. Первые фаланги каждого из пальцев шарнирно закреплены на основании ладони 2 с помощью поворотных оснований 10, при этом система управления бионической кистью руки выполнена в виде микропроцессорной системы и включает в себя микроконтроллер управления бионической кистью руки 11 и соединенные с ним управляющие драйверы электроприводов систем сгибания пяти пальцев 12, датчики угла сгибания пяти пальцев 13, радиоприемник 14 и радиопередатчик 15, устройство электропитания 16.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Бионическая кисть руки крепится к манипулятору, подается питание на электроприводы 8и подключается микроконтроллер к драйверам электроприводов систем сгибания фаланг пальцев.

Оператор управляет бионической кистью с помощью специальной перчатки управления, которая представляет собой совокупность подвижных элементов, связанных между собой датчиками углового положения 13. Датчики углового положения 13 фиксируют положение пальцев руки и передают показания на микроконтроллер 17, который обрабатывает данные значения и, конвертируя их в радиосигнал, передает на микроконтроллер бионической кисти руки 11. Управляющие драйверы 12 управляют электроприводами 8 сгибания пальцев, контролируя силу тока. Конструкция содержит интерфейсы для проводной и беспроводной коммуникации с устройствами управления, представляющие собой радиопередатчик 15 и радиоприемник 14.

Микроконтроллер 11 управления бионической кистью руки обрабатывает поступающие радиосигналы управления в соответствии с заданными параметрами алгоритма обработки. Сила и скорость схвата кисти установлены в пропорциональную зависимость от величины уровня поступающего электрического сигнала управления. Сгибание-разгибание каждого пальца производят электроприводы с передачей крутящего момента на соответствующую фалангу с помощью тросов. Каждый палец содержит три фаланги и поворотное основание. Управление осуществляется по принципу копирования действий оператора.

Статоры датчиков угла сгибания пяти пальцев неподвижно размещены на шарнирах соответствующих фаланг, при этом валы роторов датчиков неподвижно закреплены на смежных фалангах соответствующих пальцев.

Применение предлагаемой конструкции позволит повысить удобство оператора, сократить время выполнения целенаправленных действий в его работе за счет повышения надежности, точности и интуитивности управления и возможность выполнения мелких точных операций.

Реферат

Бионическая кисть руки предназначена для обеспечения возможности захвата и совершения манипуляционных действий с объектами окружающей среды.Микроконтроллер управления бионической кистью обрабатывает поступающие радиосигналы управления в соответствии с заданными параметрами алгоритма обработки. Сила и скорость схвата кисти установлены в пропорциональную зависимость от величины уровня поступающего электрического сигнала управления. Сгибание-разгибание каждого пальца производят электроприводы с передачей крутящего момента на соответствующую фалангу с помощью тросов. Каждый палец содержит три фаланги. Управление осуществляется по принципу копирования действий оператора. Оператор управляет бионической кистью с помощью специальной перчатки управления, которая представляет собой совокупность подвижных элементов, связанных между собой датчиками углового положения. Датчики углового положения фиксируют положение пальцев руки и передают показания на микроконтроллер, который обрабатывает данные значения и, конвертируя их в радиосигнал, передает на микроконтроллер бионической кисти руки. Управляющие драйверы управляют электроприводами сгибания пальцев с контролем силы тока.

Формула